智能控制實驗指導書

1、智能控制技術適用專業(yè)：a動化電氣工程及其自動化2011 年3月智能控制課程就是自動化、電氣工程及其自動化等專業(yè)得主要技術 基礎課。主要就是通過本課程得學習，使學生了解智能控制得基本理論、 智能控制系統(tǒng)得分析方法與工程應用，了解智能控制發(fā)展前沿動態(tài)等。為了使學生更好地理解與深刻地把握這些知識，并在此基礎上訓練與 培養(yǎng)學生使用MATLA B得能力以及進行系統(tǒng)仿真得設計技能,設置了 “模 糊控制與傳統(tǒng)PID控制得性能比較”以及“神經元自適應PI D控制仿真研究” 2個實驗項目，2個皆為綜合性實驗。模糊控制與傳統(tǒng)PID控制得性能比較實驗，主要通過本實驗得學習, 使學生了解傳統(tǒng)PID控制、模糊控制等基本

2、知識，掌握傳統(tǒng)P I D控制器設計、模糊控制器設計等知識,訓練學生設計控制器得能力，培養(yǎng)她們利 用MATLAB進行仿真得技能，為今后繼續(xù)模糊控制理論研究以及控制仿真 等學習奠定基礎。神經元自適應PI D控制仿真研究實驗，主要就是通過本實驗得學習,使學生了解傳統(tǒng)PID控制、神經元自適應控制等基本知識，掌握傳統(tǒng)PID 控制器設計.掌握基于二次型性能指標學習算法得單神經元自適應PID 控制等知識，訓練學生設計控制器得能力，培養(yǎng)她們利用MATLAB進行仿 真得技能為今后繼續(xù)神經網絡控制理論得研究以及控制仿真等學習奠 定基礎。實驗一:模糊控制與傳統(tǒng)P I D控制得性能比較實驗學時:2實驗類型:設計實驗要

3、求:必修-X實驗目得通過本實驗得學習，使學生了解傳統(tǒng)P1 D控制、模糊控制等基本知識，掌握傳統(tǒng)PID控制器設計、模糊控制器設計等知識JI練學生設訃控制器得能力，培養(yǎng)她們 利用MATLAB進行仿真得技能，為今后繼續(xù)模糊控制理論研究以及控制仿真等學習 奠定基礎。二.實驗內容本實驗主要就是設計一個典型環(huán)節(jié)得傳統(tǒng)P ID控制器以及模糊控制器,并對她們得控制性能進行比較。主要涉及自控原理、訃算機仿真、智能控制、模糊控制等 知識。通常得工業(yè)過程可以等效成二階系統(tǒng)加上一些典型得非線性環(huán)節(jié)如死區(qū)、飽與、 純延遲等。這里，我們假設系統(tǒng)為:H二20円血/（1、6s+4. 4S+1）控制執(zhí)行機構具有0、0 7得死區(qū)

4、與0、7得飽與區(qū),取樣時間間隔T=0、Olo設計系統(tǒng)得模糊控制，并與傳統(tǒng)得P I D控制得性能進行比較。三、實驗原理、方法與手段K實驗原理：1）對典型二階環(huán)節(jié)根據傳統(tǒng)PID控制，設計PID控制器，選擇合適得PID控制器 參數 kp、k i、kd：2）根據模糊控制規(guī)則，編寫模糊控制器。2、實驗方法與手段：1）在PID控制仿真中，經過仔細選擇，我們取kp=5,ki=0、1, kd=O、00 I :2 ）在模糊控制仿真中，我們取ke= 6 O,k,=0> 0Lkd=2 . 5, ku二0、8;3）模糊控制器得輸出為：u= kuXfu zzy （ keXe, k Xe） -k,X ； e dt其

5、中積分項用于消除控制系統(tǒng)得穩(wěn)態(tài)誤差。4 ）模糊控制規(guī)則如表M 所示：在MATLAB程丿芋中,N d用于表示系統(tǒng)得純延遲（Nd=td / T）, u min用于表示控制 得死區(qū)電平，Umax用于表示飽與電平。當Nd=0時，表示系統(tǒng)不存在純延遲。5）根據上述給定內容，編寫PID控制器、模糊控制器得MATLAB仿真程序，并記 錄仿真結果，對結果進行分析。表1-1 FC得模糊推理規(guī)則表NBNSZRPSPBPBPBPSPSZRNSP BPSPSZRZRZRPSPSZRZRNSPSPSZRZRNSNSPBZRZRNSNSNB四.實驗組織運行要求根據本實驗得綜合性、設計性特點以及要求學生自主設計MATLAB

6、仿真程序 得要求以及我們實驗室得具體實驗條件本實驗釆用以學生自主訓練為主得開放模式 組織教學。五. 實驗條件1、裝有M ATLAB6、5得計算機;2、智能控制技術教材;3、模糊控制教材;4、智能控制技術實驗指導書。六. 實驗步驟1、學生熟悉實驗內容，并根據實驗內容、實驗要求,査閱、學習相關知識;2、設訃典型二階環(huán)節(jié)得PID控制器以及模糊控制器;3、編場MATLAB仿真程丿了;4、上機調試程序，修改程序修改控制器得參數等;5、對實驗程序仿真并記錄仿真結果;6、對實驗結果進行分析書寫實驗報告書。七. 思考題模糊控制器得控制性能就是否一定優(yōu)于傳統(tǒng)PID控制器?2、如果選用模糊控制工具箱，如何進行設計

7、、仿真?八. 實驗報告實驗報告書應包括以下內容K實驗預習內容:對本次實驗進行認真得預習并寫好預習報告在預習報告中要寫出實驗目得、要 求需要用到得儀器設備、物品資料以及簡要得實驗步驟形成一個操作提綱;寫出模糊控制器傳統(tǒng)PID控制器得設計過程，寫出MATLAB實驗程序得編寫。2、實驗記錄內容:開始實驗時應該將記錄本放在近旁將實驗中所做得每一步操作、觀察到得現(xiàn)象 與所測得得數據及相關條件如實地記錄下來;寫出實驗調試以及參數修改得過程，并記錄實驗結果得變化以及最終得仿真結3、實驗報告部分:使用現(xiàn)行得“實驗報告簿”書寫實驗報告;主要內容包括對實驗數據，回答思考題提出實驗結論或提出自己得瞧法等。注：以上3

8、部分內容應在同一個實驗報告書中完成。實驗二:神經元自適應PID控制仿真研究實驗學時:2實驗類型:設計實驗要求:必修-X實驗目得通過本實驗得學習，使學生了解傳統(tǒng)P1D控制、神經元自適應控制等基本知識.掌握傳統(tǒng)PID控制器設訃、掌握基于二次型性能指標學習算法得單神經元自適應PID控制等知識訓練學生設訃控制器得能力，培養(yǎng)她們利用MA TLAB進行仿真得技能，為今后繼續(xù)神經網絡控制理論得研究以及控制仿真等學習奠定基礎。二.實驗內容本實驗主要就是學習應用最優(yōu)二次型性能指標學習算法進行控制器得設計仿真 研究。主要涉及自控原理、計算機仿真、智能控制、神經網絡控制等知識綜合性較 強。設被控對象過程模型為：yo

9、ut ( k) = 0、3 6 8 y out(k- 1 )+0、26 4 yout(k- 2 )+u( k - d )+0、632u( k-d- 1 ) + g (k)應用最優(yōu)二次型性能指標學習算法進行仿真研究，最后要求得出神經元自適應 PID跟蹤及中權值變化結果。三.實驗原理.方法與手段U實驗原理:在最優(yōu)控制理論中，采用二次型性能指標來計算控制律可以得到所期望得優(yōu)化 效果。在神經元學習算法中，也可借助最優(yōu)控制中二次型性能指標得思想在加權系數 得調整中引入二次型性能指標，使輸出誤差與拎制增量加權平方與為最小來調整加 權系數，從而間接實現(xiàn)對輸出誤差與控制增量加權平方與為最小來調整加權系數，從

10、而間接實現(xiàn)對輸出誤差與控制增量加權得約束控制。設性能指標為:式中，分別為輸出誤差與控制增量得加權系數，與為時刻參考輸入與輸出。神經元得輸出為:出仗）=I巧伙一 1） +弘K（P%乙旺伙）-盛（叫齊伙）片伙） /I3叫伙）=叫伙一1）+珈（"（心伙）尤2伙）一盛（州伙）?；铮┴?（幻J-I用3伙）=用3伙-1） + "dK（PZv伙）?。ɑ?QK為他伙）易伙）小（幻 r-I2、實驗方法與手段：1 ）應用最優(yōu)二次型性能指標學習算法進行仿真研究弋（k）為在1 0O個采樣時 間得外加干擾，g 000）=0、10,輸入為階躍響應信號rin（k）=l. 0;2）啟動時采用開環(huán)控制，取

11、11=0、17 2 6,K=0、02,P=2,Q=Ud =6；3）比例、積分、微分三部分加權系數學習速率分別取n 1=4, nP=12 0, nd=i59, 3（0） =0、34*3 2（0 ）=0、32,33（0） =0、33;4）利用MATLAB編寫仿真程序，得出神經元自適應P I D跟蹤及中權值變化結果。五、實驗條件1、裝有MATLAB6、5得計算機;2、智能控制技術教材;3、神經網絡控制教材;4、智能控制技術實驗指導書。六.實驗步驟1、學生熟悉實驗內容并根據實驗內容、實驗要求査閱、學習相關知識;2、設計應用最優(yōu)二次型性能指標學習算法進行仿真研究得單神經元自適應PID控制器;3、編寫MATLAB仿真程丿芋;4、上機調試程序，修改程序、修改控制器得參數等;5、對實驗程序仿真并記錄仿真結果;6、對實驗結果進行分析書寫實驗報告書。七-思考題如果選用神經網絡工具箱進行仿真結果如何?如何進行仿真?八.實驗報告實驗報告書應包括以下內容K實驗預習內容:對本次實驗進行認真得預習，并寫好預習報告在預習報告中要寫出實驗U得、要 求需要用到得儀器設備、物品資料以及簡要得實驗步驟，形成一個操作提綱;寫出應用最優(yōu)二次型性能指標學習算法進行仿真研究得設計過程，寫出MATLA B實驗程序得編寫。2、實驗記錄內容:開始實驗時應該將記錄本放在近旁將實驗中所做得每一步操作、觀察到得現(xiàn)象